JP2014036104A - Pattern formation method and solid-state image pickup device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パターン形成方法及び固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a pattern forming method and a solid-state imaging device.
CMOSイメージセンサ(CMOS固体撮像装置)は、受光部となるフォトダイオードと複数の画像トランジスタにより画素の一単位(単位画素)を形成し、単位画素を2次元的に多数配列して構成される(例えば、特許文献1、2参照)。CMOSイメージセンサでは、光電変換された電荷の隣接画素への漏れ込みによる混色を抑制することが重要である。そこで、基板のシリコン層に物理的に単位画素を分離する素子分離領域を形成し、隣接画素への電荷の漏れ込みを抑制する方法が提案されている。 A CMOS image sensor (CMOS solid-state imaging device) is configured by forming one unit (unit pixel) of a pixel by a photodiode serving as a light receiving unit and a plurality of image transistors, and arranging a large number of unit pixels two-dimensionally ( For example, see Patent Documents 1 and 2). In a CMOS image sensor, it is important to suppress color mixture due to leakage of photoelectrically converted charges to adjacent pixels. In view of this, a method has been proposed in which an element isolation region for physically separating unit pixels is formed in a silicon layer of a substrate to suppress charge leakage to adjacent pixels.
しかしながら、素子分離領域をエッチングにより形成する際、そのエッチング界面の残留生成物によって界面準位が発生し、白点発生の原因になる場合がある。また、エッチング界面に堆積した残留生成物のうちのフッ素(F)成分によって、デバイスに電気的なノイズが発生する可能性がある。よって、エッチング工程後、エッチング界面に堆積した残留成分、特にフッ素系の残留成分を除去することが必要である。 However, when the element isolation region is formed by etching, interface states are generated due to residual products at the etching interface, which may cause white spots. In addition, electrical noise may occur in the device due to the fluorine (F) component of the residual product deposited on the etching interface. Therefore, after the etching process, it is necessary to remove residual components deposited on the etching interface, particularly fluorine-based residual components.
ここで、フッ素系の残留成分を除去するために、ウエットエッチングを使用したクリーニング方法が考えられる。しかし、エッチング工程後にウエットエッチングを行うと、単位画素を作り込んだ基板とサポート基板と貼り合わせた構造では、基板とサポート基板とを貼り合わせている接着剤が溶けることがある。 Here, in order to remove the fluorine-based residual component, a cleaning method using wet etching can be considered. However, when wet etching is performed after the etching process, the adhesive that bonds the substrate and the support substrate may melt in the structure in which the substrate on which the unit pixel is formed and the support substrate are bonded.
また、熱処理によってエッチング界面に堆積したフッ素系の残留成分を気化させるクリーニング方法も考えられる。しかしながら、上記貼り合せ構造では、熱処理により基板に作り込まれた単位画素にダメージを与えることが懸念される。 A cleaning method is also conceivable in which a fluorine-based residual component deposited on the etching interface by heat treatment is vaporized. However, in the bonded structure, there is a concern that the unit pixel built in the substrate by heat treatment may be damaged.
そこで、上記課題に対して、本発明では、ダメージを与えずにエッチングにより生成されたフッ素(F)成分を含む残留生成物を除去可能なパターン形成方法及び固体撮像装置を提供する。 In view of the above problems, the present invention provides a pattern forming method and a solid-state imaging device capable of removing a residual product containing a fluorine (F) component generated by etching without causing damage.
上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、
表面側に半導体装置が形成され、該表面側をサポート基板によりサポートされた被処理基板のシリコン層にパターンを形成するパターン形成方法であって、
前記被処理基板のシリコン層の裏面側に所定のパターンに形成されたマスクを介して、前記被処理基板をプラズマによりエッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程後、CF系ガスと不活性ガスとを混合させたクリーニングガスを用いて、前記被処理基板をプラズマによりクリーニングするクリーニング工程と、
を含むことを特徴とするパターン形成方法が提供される。
In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention,
A pattern forming method in which a semiconductor device is formed on a front surface side, and a pattern is formed on a silicon layer of a substrate to be processed supported on the front surface side by a support substrate,
An etching step of etching the substrate to be processed by plasma through a mask formed in a predetermined pattern on the back side of the silicon layer of the substrate to be processed;
After the etching step, a cleaning step of cleaning the substrate to be processed with plasma using a cleaning gas in which a CF-based gas and an inert gas are mixed;
A pattern forming method is provided.
上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、
上記パターン形成方法により製造される固体撮像装置が提供される。
In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention,
A solid-state imaging device manufactured by the pattern forming method is provided.
本発明によれば、ダメージを与えずにエッチングにより生成されたフッ素(F)成分を含む残留生成物を除去することができる。 According to the present invention, it is possible to remove a residual product containing a fluorine (F) component generated by etching without causing damage.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
[プラズマエッチング装置の全体構成]
初めに、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法を実行するプラズマエッチング装置の構成について、図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、一実施形態に係るプラズマエッチング処理装置の全体構成を示した縦断面図である。図2は、図1に示したダイポールリング磁石の横断面図である。
[Overall configuration of plasma etching system]
First, a configuration of a plasma etching apparatus that executes a pattern forming method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the overall configuration of a plasma etching apparatus according to an embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the dipole ring magnet shown in FIG.
本実施形態に係るプラズマエッチング装置では、最初に、被処理基板(例えばシリコンウエハ(以下、単に「ウエハ」という。))のシリコン層の裏面側に所定のパターンに形成されたマスクを介して、ウエハをプラズマによりエッチングする工程を実行する。エッチング工程後、CF系ガスと不活性ガスとを混合させたクリーニングガスを用いて、そのウエハをプラズマによりクリーニングする工程を実行する。 In the plasma etching apparatus according to the present embodiment, first, through a mask formed in a predetermined pattern on the back side of a silicon layer of a substrate to be processed (for example, a silicon wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”)), A step of etching the wafer with plasma is executed. After the etching process, a process of cleaning the wafer with plasma is performed using a cleaning gas in which a CF-based gas and an inert gas are mixed.
本実施形態に係るプラズマエッチング装置1は、マグネトロン反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE)型のプラズマエッチング装置として構成されており、例えばアルミニウム又はステンレス鋼等の金属よりなるチャンバCを有している。 The plasma etching apparatus 1 according to the present embodiment is configured as a magnetron reactive ion etching (RIE) type plasma etching apparatus, and includes a chamber C made of a metal such as aluminum or stainless steel. Yes.
チャンバC内には、例えばウエハWを載置するためのサセプタ2が設けられている。サセプタ2は、例えばアルミニウムからなり、絶縁部材3を介して導体よりなる支持部4に支持されている。サセプタ2の上面の周囲には、例えば石英よりなるフォーカスリング5が配置されている。サセプタ2の上面には、ウエハWを静電吸着力により保持するための静電チャック6が設けられている。サセプタ2及び支持部4は、ボールネジ7を含む昇降機構により昇降可能となっており、支持部4の下方に設けられる昇降駆動部(図示せず)は、ステンレス鋼よりなるベローズ8で覆われている。ベローズ8の外側にはベローズカバー9が設けられている。フォーカスリング5の下面はバッフル板10に接続されており、フォーカスリング5は、バッフル板10、支持部4及びベローズ8を介してチャンバCと導通している。チャンバCは接地されている。
In the chamber C, for example, a susceptor 2 for mounting a wafer W is provided. The susceptor 2 is made of, for example, aluminum, and is supported by a support portion 4 made of a conductor via an insulating member 3. A
チャンバCは、上部1aと上部1aより径が大きい下部1bとを有する。チャンバCの下部1bの側壁には排気口11が形成され、排気口11に排気管を介して排気装置12が接続されている。排気装置12の真空ポンプを作動させることにより、チャンバC内の処理空間を所定の真空度まで減圧する。チャンバCの下部1bの側壁には、ウエハWの搬入出口を開閉するゲートバルブ13が取り付けられている。
The chamber C has an
サセプタ2には、整合器14を介してプラズマ生成および反応性イオンエッチング(RIE)用の第1の高周波電源15が電気的に接続されている。第1の高周波電源15は、プラズマ生成用の高周波電力として、例えば100MHzの周波数を有する高周波電力を、下部電極すなわちサセプタ2に供給する。
A first high
サセプタ2には、また、整合器25を介して第2の高周波電源26が電気的に接続されている。第2の高周波電源26は、バイアス用の高周波として、例えば400kHzの周波数を有する高周波電力を、サセプタ2に重畳的に供給する。
A second high
チャンバCの天井部には、後述するシャワーヘッド20が接地電位に保持された上部電極として設けられている。従って、第1の高周波電源15からの第1の高周波電力は、サセプタ2とシャワーヘッド20との間に供給される。
On the ceiling portion of the chamber C, a
静電チャック6は、導電膜よりなる電極6aを一対の絶縁シート6bの間に挟み込んだものである。電極6aには直流電源16が電気的に接続されている。ウエハWは、直流電源16からの直流電圧による静電引力によって、静電チャック6に静電吸着される。
The
サセプタ2の内部には、例えば円周方向に延在する冷媒室17が設けられている。冷媒室17には、外付けのチラーユニット(図示せず)より配管17a、17bを介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。サセプタ2上のウエハWは、循環する冷媒の温度によって所定の処理温度に制御される。
Inside the susceptor 2, for example, a
更に、ガス導入機構18からの冷却ガス、たとえばHeガスが、ガス供給ライン19を介して静電チャック6の上面とウエハWの裏面との間に供給される。ガス導入機構18は、エッチング加工のウエハ面内均一性を高めるため、ウエハ中心部とウエハ周縁部とでガス圧つまり背圧を独立的に制御できるようになっている。
Further, a cooling gas such as He gas from the
天井部のシャワーヘッド20は、サセプタ2の上面と平行に対向する下面に多数のガス吐出口22を有している。ガス吐出面の内側にはバッファ室21が設けられている。バッファ室21のガス導入口20aには、ガス供給配管23aを介してガス供給源23が接続されている。ガス供給源23からは、処理ガスが供給される。
The
チャンバCの上部1aの周囲には、環状または同心状に延在するダイポールリング磁石24が配置されている。ダイポールリング磁石24は、図2の横断面図に示すように、リング状の磁性体からなるケーシング32内に、複数個例えば16個の異方性セグメント柱状磁石31を周方向に一定間隔で配列してなる。図2において、各異方性セグメント柱状磁石31の中に示す矢印は磁化の方向を示しており、図示のように各異方性セグメント柱状磁石31の磁化の方向を周方向に沿って少しずつずらすことで、全体として一方向に向う一様な水平磁界Bを形成することができる。
Around the
従って、サセプタ2とシャワーヘッド20との間の空間には、第1の高周波電源15からの高周波電力により鉛直方向にRF電界が形成されるとともに、ダイポールリング磁石24により水平方向に磁界が形成される。これらの直交電磁界を用いるマグネトロン放電により、サセプタ2の表面近傍には高密度のプラズマが生成される。
Accordingly, in the space between the susceptor 2 and the
上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部40によって、統括的に制御される。制御部40は、CPU41(Central Processing Unit),ROM42(Read Only Memory)、RAM43(Random Access Memory)を有する。CPU41は、これらの記憶領域に格納された各種レシピに従ってプラズマ処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、処理室内温度(上部電極温度、処理室の側壁温度、ESC温度など)、圧力(ガスの排気)、高周波電力や電圧、各種プロセスガス流量、伝熱ガス流量などが記載されている。
The plasma etching apparatus having the above configuration is comprehensively controlled by the
なお、制御部40の機能は、ソフトウエアを用いて動作することにより実現されてもよく、ハードウエアを用いて動作することにより実現されてもよい。
Note that the function of the
このように構成されたプラズマエッチング装置において、プラズマエッチングを行うには、先ずゲートバルブ13を開にしてウエハWをチャンバC内に搬入して、サセプタ2の上に載置する。次いで、ウエハWが載置されたサセプタ2を図示の高さ位置まで上昇させ、排気装置12の真空ポンプにより排気口11を介してチャンバC内を排気する。そして、ガス供給源23より処理ガスを所定の流量でチャンバC内に導入し、チャンバC内の圧力を設定値にする。更に、第1の高周波電源15より所定の電力の高周波電力をサセプタ2に印加する。また、直流電源16より直流電圧を静電チャック6の電極6aに印加し、ウエハWをサセプタ2に固定する。シャワーヘッド20から導入された処理ガスはマグネトロン放電により電離又は解離してプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマに含まれるラジカルやイオンによりウエハWがエッチングされる。
In order to perform plasma etching in the plasma etching apparatus configured as described above, first, the
以上、本実施形態に係るプラズマエッチング装置1の全体構成について説明した。以下に説明する本実施形態に係るパターン形成方法では、上述した本実施形態に係るプラズマエッチング装置1を使用して、ウエハWのシリコン層を所定のパターンにエッチングすることにより素子分離層を形成する。また、エッチング工程後、プラズマエッチング装置1を使用して所望のクリーニングガスを用いて、素子分離層のエッチング面をクリーニングする。 The overall configuration of the plasma etching apparatus 1 according to this embodiment has been described above. In the pattern formation method according to the present embodiment described below, the element isolation layer is formed by etching the silicon layer of the wafer W into a predetermined pattern using the plasma etching apparatus 1 according to the present embodiment described above. . Further, after the etching process, the etching surface of the element isolation layer is cleaned using a desired cleaning gas by using the plasma etching apparatus 1.
[CMOSイメージセンサの素子分離]
図3(a)及び図3(b)は、本実施形態に係るウエハWのシリコン層に形成された素子分離構造を示す。図3(b)は、図3(a)のA−A断面図である。本実施形態では、ウエハWを上下反転させてウエハWの表面をサポート基板と貼り合わせた構造のウエハWをエッチングする。
[Separation of CMOS image sensor elements]
3A and 3B show an element isolation structure formed in the silicon layer of the wafer W according to this embodiment. FIG.3 (b) is AA sectional drawing of Fig.3 (a). In the present embodiment, the wafer W having a structure in which the wafer W is turned upside down and the surface of the wafer W is bonded to the support substrate is etched.
つまり、貼り合わせウエハは、例えば図4(c)に示すように、ウエハWの上下を反転させ、ウエハWの表面Waを接着剤GによりサポートウエハSWに貼り合わせた構造である。ウエハWは、表面Wa側にトランジスタ等の半導体装置が形成された被処理基板の一例である。サポートウエハSWは、ウエハWの裏面Wbを研削して薄化したときに、薄化されたウエハWを補強するためのサポート基板の一例である。 That is, the bonded wafer has a structure in which, for example, as shown in FIG. 4C, the wafer W is turned upside down and the surface Wa of the wafer W is bonded to the support wafer SW by the adhesive G. The wafer W is an example of a substrate to be processed on which a semiconductor device such as a transistor is formed on the surface Wa side. The support wafer SW is an example of a support substrate for reinforcing the thinned wafer W when the back surface Wb of the wafer W is ground and thinned.
このように構成された、貼り合わせウエハWの裏面Wbにレジストを塗布し、露光し、現像することによって、図3(a)に示したように格子状のレジストパターンを形成する。そして、レジストをエッチングマスクMとして用いて、後述する本実施形態のエッチング工程を行い、ウエハWのシリコン層をエッチングして格子状の素子分離領域57を形成する。これにより次に説明する単位画素を分離させて、多数の単位画素を2次元的に配列させたCMOSイメージセンサ(固体撮像装置に相当)を作製する。なお、エッチングに使用されるマスクMは、ポリシリコンマスクであっても、レジストマスクであってもよい。
A resist is applied to the back surface Wb of the bonded wafer W thus configured, exposed, and developed, thereby forming a lattice-like resist pattern as shown in FIG. Then, using the resist as an etching mask M, an etching process of the present embodiment described later is performed, and the silicon layer of the wafer W is etched to form a lattice-shaped
本実施形態では、CMOSイメージセンサを作製する場合、図5(c)に示したように、ウエハWには、受光部となるフォトダイオードPDと複数の画像トランジスタTrから構成される単位画素50が形成されている。本実施形態では、このように単位画素50及び配線構造53が作り込まれたウエハWを上下反転させて、ウエハWの表面Waをサポート基板Swと貼り合わせた、貼り合わせ構造のウエハWをエッチングし、素子分離領域57を形成する。
In this embodiment, when a CMOS image sensor is manufactured, as shown in FIG. 5C, the wafer W has a unit pixel 50 including a photodiode PD serving as a light receiving unit and a plurality of image transistors Tr. Is formed. In this embodiment, the wafer W in which the unit pixel 50 and the
[CMOSイメージセンサの作製]
次に、CMOSイメージセンサの作製方法について、図4及び図5を参照しながら説明する。本実施形態に係るパターン形成方法を適用するCMOSイメージセンサの製造工程では、初めに、図4(a)に示したように、シリコンウエハ等よりなるウエハWの表面WaにトランジスタTrを形成し、トランジスタTrが形成されたウエハW上に層間絶縁膜58を形成する。
[Production of CMOS image sensor]
Next, a method for manufacturing a CMOS image sensor will be described with reference to FIGS. In the manufacturing process of the CMOS image sensor to which the pattern forming method according to the present embodiment is applied, first, as shown in FIG. 4A, a transistor Tr is formed on the surface Wa of the wafer W made of a silicon wafer or the like. An interlayer insulating
次いで、図4(b)に示したように、層間絶縁膜58上に、配線構造53を形成する。配線構造53は、層間絶縁膜58上に、配線層52、絶縁膜51を交互に積層し、絶縁膜51を貫通して上下の配線層52間を電気的に接続するビアホール54を形成したものである。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次いで、図4(c)に示したように、ウエハWを反転させ、ウエハWの表面Wa側を接着剤Gでサポート基板SWに貼り合わせ、ウエハWの裏面Wbを研削して薄化する。 Next, as shown in FIG. 4C, the wafer W is inverted, the front surface Wa side of the wafer W is bonded to the support substrate SW with the adhesive G, and the back surface Wb of the wafer W is ground and thinned.
その後、図3(a)のように格子状にパターニングされたマスクを介してウエハWのシリコン層をプラズマによりエッチングし、図3(b)及び図5(a)に示したように、素子分離領域57を形成する。素子分離領域57の深さは4.0μm程度である。
Thereafter, the silicon layer of the wafer W is etched by plasma through a mask patterned in a lattice form as shown in FIG. 3A, and element isolation is performed as shown in FIGS. 3B and 5A.
次に、図5(b)に示したように、素子分離領域57にインプランテーション(イオン注入)によりボロンを注入し、図5(c)のフォトダイオードPDのn型電荷蓄積領域60とは反対導電型のp型半導体層59を形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, boron is implanted into the
次に、図5(c)に示したように、ウエハWからサポートウエハWを剥がす。本実施形態に係るパターン形成方法により製造されるCMOSイメージセンサは、薄化されたウエハWに、単位画素50を規則的に2次元配列した画素領域を有する。単位画素50は、光電変換部となるフォトダイオードPDと複数の画素トランジスタTrとから構成される。フォトダイオードPDは、ウエハWの厚み方向の全域にわたり、光電変換と電荷蓄積を兼ねたn型の電荷蓄積領域60を有している。単位画素は、複数の光電変換部が画素トランジスタ(転送トランジスタを除く)を共有した、いわゆる画素共有の構造を適用することができる。複数の画素トランジスタTrは、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ及び選択トランジスタの4トランジスタ、あるいは選択トランジスタを省略した3トランジスタで構成することができる。転送トランジスタは、フォトダイオードPDをソースとした転送ゲート電極を形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, the support wafer W is peeled off from the wafer W. The CMOS image sensor manufactured by the pattern forming method according to the present embodiment has a pixel region in which unit pixels 50 are regularly arranged two-dimensionally on a thinned wafer W. The unit pixel 50 includes a photodiode PD serving as a photoelectric conversion unit and a plurality of pixel transistors Tr. The photodiode PD has an n-type
ウエハWの配線構造53が形成された表面Waと反対側の裏面Wbは受光面となり、この裏面Wb上に反射防止膜(図示せず)などの絶縁膜、入射光の隣接画素への入射を阻止するための遮光膜(図示せず)等が形成される。さらにカラーフィルタ55及びオンチップレンズ56が形成される。光は、オンチップレンズ56を通してウエハWの裏面Wb側よりフォトダイオードPDに照射される。
The back surface Wb opposite to the front surface Wa on which the
[エッチング工程の残留生成物]
素子分離領域57を形成するに当たり、ウエハWのシリコン層を高速にエッチングする。このとき、六フッ化硫黄ガス(SF6)を主としたエッチングプロセスが実行される。その結果、エッチング処理後のシリコンの側壁には、図6(a)に示したように、残留生成物Rが形成される。
[Residual products from the etching process]
In forming the
このエッチング面の残留生成物Rによって界面準位が発生し、白点発生の原因となる場合がある。この白点発生は、CMOSイメージセンサの撮像素子の電気特性を低下させる。特に、残留生成物Rに含まれるフッ素(F)成分により、CMOSイメージセンサの撮像素子に電気的なノイズが発生する可能性がある。このため、エッチング工程後、クリーニング工程を実行することによりシリコン表面のSiO−F(SiFx)の残留生成物Rを除去することは重要である。 The residual product R on the etched surface generates interface states, which may cause white spots. This white spot generation degrades the electrical characteristics of the image sensor of the CMOS image sensor. In particular, electrical noise may occur in the image sensor of the CMOS image sensor due to the fluorine (F) component contained in the residual product R. For this reason, it is important to remove the residual product R of SiO—F (SiFx) on the silicon surface by executing a cleaning process after the etching process.
しかし、図5(a)に示したエッチング処理後の素子分離領域57が形成された状態で、薬液によって洗浄するウエットクリーニングを行うと、ウエハWとサポート基板SWとの間の接着剤Gが溶けてしまう。よって、ウエハWの表面Wa側をサポート基板SWと貼り合わせた構造では、ウエットエッチングは採用できない。
However, if wet cleaning is performed with a chemical solution in the state where the
一方、熱処理により残留生成物に含まれるフッ素(F)成分を気化させるクリーニング方法も考えられる。しかしながら、上記貼り合せ構造では、ウエハWの表面Wa側にトランジスタTrや配線構造53が形成されている。このため、図5(a)の素子分離領域57が形成された状態で熱処理によるクリーニングを実行すると、クリーニング中の熱によって作り込んだトランジスタTrや配線構造53にダメージを与えてしまう。よって、上記貼り合せ構造では、熱処理によるクリーニングは採用できない。
On the other hand, a cleaning method is also conceivable in which the fluorine (F) component contained in the residual product is vaporized by heat treatment. However, in the bonded structure, the transistor Tr and the
そこで、本実施形態に係るパターン形成方法では、エッチング工程後、図5(a)の素子分離領域57が形成された状態で、プラズマを用いたドライエッチングによるクリーニング(トリートメント)を実行する。これにより、エッチング処理後、素子分離領域57のシリコン表面に付着したフッ素(F)成分を含む残留生成物を除去することができる。この結果、CMOSイメージセンサの画素の電気特性の低下を防止できる。以下では、エッチング工程後、図1のプラズマエッチング装置1を使用して実行されるクリーニング工程について説明する。
Therefore, in the pattern forming method according to the present embodiment, after the etching process, cleaning (treatment) by dry etching using plasma is performed in a state where the
[クリーニング工程]
ここでは、ウエハWの表面Wb側に複数の単位画素50と配線構造53が形成され、該表面Wb側をサポート基板SWによりサポートされたウエハWの裏面Wa側からシリコン層にパターンを形成する方法によりCMOSイメージセンサを作製する例を挙げて、本実施形態に係るパターン形成方法のクリーニング工程を説明する。しかしながら、本実施形態に係るパターン形成方法により形成される装置はCMOSイメージセンサに限られない。例えば、ウエハWの表面Wb側に半導体装置が形成され、その表面Wb側をサポート基板によりサポートされたウエハWの裏面Wa側からシリコン層にパターンを形成する方法により作製される装置であればどんな装置にも適用可能である。
[Cleaning process]
Here, a method of forming a pattern on the silicon layer from the back surface Wa side of the wafer W in which a plurality of unit pixels 50 and a
本実施形態に係るパターン形成方法では、図6(a)に示したように、エッチング処理後のシリコンの側壁に、フッ素Fを含んだ酸化シリコン膜(SiO2(F))の残留生成物Rが形成される。 In the pattern forming method according to the present embodiment, as shown in FIG. 6A, the residual product R of the silicon oxide film (SiO 2 (F)) containing fluorine F on the side wall of the silicon after the etching process. Is formed.
この残留生成物Rを取り除くために、エッチング工程後、図6(b)に示したように、四フッ化メタンガス(CF4)とアルゴンガス(Ar)とを混合させたクリーニングガスを供給する(クリーニング工程開始)。ただし、クリーニングガスとしては、CF系ガスと不活性ガスとの混合ガスであれば、四フッ化メタンガス(CF4)とアルゴンガス(Ar)との混合ガスに限られない。例えば、CF系ガスは、シリコン層をエッチングし、シリコンとの反応性が少ないガスであれはよい。不活性ガスは、等方的に残留生成物をエッチングするためのガスであればよい。一例としては、水素ガス(H2)やキセノンガス(Xe)が挙げられる。 In order to remove the residual product R, after the etching process, as shown in FIG. 6B, a cleaning gas in which tetrafluoromethane gas (CF 4 ) and argon gas (Ar) are mixed is supplied ( Cleaning process started). However, the cleaning gas is not limited to a mixed gas of tetrafluoromethane gas (CF 4 ) and argon gas (Ar) as long as it is a mixed gas of a CF-based gas and an inert gas. For example, the CF-based gas may be a gas that etches a silicon layer and has low reactivity with silicon. The inert gas may be a gas for etching the residual product isotropically. Examples include hydrogen gas (H 2 ) and xenon gas (Xe).
クリーニングガス中の四フッ化メタンガス(CF4)は、残留生成物Rを構成するフッ素含有酸化シリコンSiO2(F)と反応し、図6(c)に示したように、四フッ化ケイ素ガス(SiF4)、二酸化炭素ガス(CO2)、一酸化炭素ガス(CO)、酸素ガス(O2)、フッ素ガス(F)となって排出される。このようにして、エッチング工程時に堆積した残留生成物Rは除去される。なお、四フッ化メタンガス(CF4)の一部はシリコン(Si)と反応し、四フッ化ケイ素ガス(SiF4)、炭素ガス(C)となって排出される。 The tetrafluoromethane gas (CF 4 ) in the cleaning gas reacts with the fluorine-containing silicon oxide SiO 2 (F) constituting the residual product R, and as shown in FIG. (SiF 4 ), carbon dioxide gas (CO 2 ), carbon monoxide gas (CO), oxygen gas (O 2 ), and fluorine gas (F) are discharged. In this way, the residual product R deposited during the etching process is removed. A part of the tetrafluoromethane gas (CF 4 ) reacts with silicon (Si) and is discharged as silicon tetrafluoride gas (SiF 4 ) and carbon gas (C).
[実験結果:クリーニング工程]
次に、四フッ化メタンガス(CF4)とアルゴンガス(Ar)との混合ガスをクリーニングガスとして、本実施形態に係るクリーニング工程前後の素子分離領域の状態を、図7〜図9を参照して説明する。図7は、本実施形態に係るクリーニング工程においてプラズマ生成用の高周波HFを可変としたときのクリーニング工程前後の素子分離領域の状態を示した図である。図8は、図7のクリーニング工程前後において、ウエハWのセンター部及びエッジ部に形成された素子分離領域のCD値を示した図である。図9は、図8のクリーニング工程前後におけるCD値の差分を示したグラフである。
[Experimental result: cleaning process]
Next, the state of the element isolation region before and after the cleaning process according to the present embodiment is described with reference to FIGS. 7 to 9 by using a mixed gas of tetrafluoromethane gas (CF 4 ) and argon gas (Ar) as a cleaning gas. I will explain. FIG. 7 is a diagram showing the state of the element isolation region before and after the cleaning process when the high frequency HF for plasma generation is variable in the cleaning process according to the present embodiment. FIG. 8 is a diagram showing CD values of element isolation regions formed in the center portion and the edge portion of the wafer W before and after the cleaning process of FIG. FIG. 9 is a graph showing the difference in CD value before and after the cleaning process of FIG.
本実施形態では、図7(a)に示したように、ウエハWに形成されたシリコン層の素子分離領域の最上部のCD値をトップCD(Critical Demension)といい、素子分離領域の底部のCD値をボトムCDといい、トップCDとボトムCDとの中間領域において最大のCD値を有する部分をマックスCDという。 In this embodiment, as shown in FIG. 7A, the top CD value of the element isolation region of the silicon layer formed on the wafer W is called a top CD (Critical Dimension), and the bottom of the element isolation region is The CD value is referred to as a bottom CD, and the portion having the maximum CD value in the intermediate region between the top CD and the bottom CD is referred to as a max CD.
このときのクリーニング工程におけるプロセス条件を以下に示す。
<クリーニング工程:プロセス条件>
プラズマ生成用高周波HFの周波数:100MHz
プラズマ生成用高周波HFの電力 :可変(500〜2000W:単位面積当たりの電力0.71W/cm2〜2.83W/cm2)
バイアス用低高周波LF :印加しない
ガス種及びガス流量比 :CF4ガス/Arガス≒2:3
クリーニングプロセス時間 :1分
実験の結果、図7(a)に示したエッチング工程後であってクリーニング工程前の素子分離領域のCD値より図7(b)〜図7(e)に示したクリーニング工程後のCD値は大きくなることが視覚的に確認できる。更に、クリーニング工程において、プラズマ生成用高周波HFの電力を図7(b)の500W(0.71W/cm2)、図7(c)の1000W(1.42W/cm2)、図7(d)の1500W(2.12W/cm2)、図7(e)の2000W(2.83W/cm2)を比較すると、プラズマ生成用高周波HFの電力が大きくなるほど、クリーニング工程後のCD値は大きくなることが視覚的に確認できる。
The process conditions in the cleaning process at this time are shown below.
<Cleaning process: Process conditions>
Frequency of high frequency HF for plasma generation: 100 MHz
Power of high frequency HF for plasma generation: variable (500 to 2000 W: power per unit area 0.71 W / cm 2 to 2.83 W / cm 2 )
Low-frequency LF for bias: Gas type not applied and gas flow ratio: CF 4 gas / Ar gas ≒ 2: 3
Cleaning process time: 1 minute As a result of the experiment, the cleaning shown in FIGS. 7B to 7E is performed based on the CD value of the element isolation region after the etching process shown in FIG. 7A and before the cleaning process. It can be visually confirmed that the CD value after the process increases. Further, in the cleaning process, the power of the plasma generating high frequency HF is changed to 500 W (0.71 W / cm 2 ) in FIG. 7B, 1000 W (1.42 W / cm 2 ) in FIG. 7C, and FIG. 1500W (2.12W / cm 2) of), comparing the 2000W (2.83W / cm 2) in FIG. 7 (e), the I see the power of the plasma-generating high-frequency HF is large, CD values after the cleaning step is greater It can be confirmed visually.
図8は、図7(a)〜図7(e)のクリーニング工程前後において、ウエハWのセンター部及びエッジ部における素子分離領域のシリコンのエッチング深さ、トップCD、マックスCD、ボトムCDを算出した表である。図9は、図8で示したトップCD、マックスCD、ボトムCDのクリーニング前後のCD値の差分をグラフにしたものである。図9の横軸はプラズマ生成用高周波の電力(HF power:単位W)であり、縦軸は各電力を印加した場合に得られたクリーニング工程前後のCDの差分(CDΔ:単位nm)である。具体的には、T線がトップCDのクリーニング工程前後の差分(CDΔ)、M線がマックスCDのクリーニング工程前後の差分(CDΔ)、B線がボトムCDのクリーニング工程前後の差分(CDΔ)を示す。 FIG. 8 shows the silicon etching depth, top CD, max CD, and bottom CD in the element isolation region at the center portion and the edge portion of the wafer W before and after the cleaning steps of FIGS. 7 (a) to 7 (e). It is a table. FIG. 9 is a graph showing differences in CD values before and after cleaning of the top CD, the maximum CD, and the bottom CD shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 9 is the high frequency power for plasma generation (HF power: unit W), and the vertical axis is the CD difference (CDΔ: unit nm) before and after the cleaning process obtained when each power is applied. . Specifically, the T line indicates the difference before and after the top CD cleaning process (CDΔ), the M line indicates the difference before and after the Max CD cleaning process (CDΔ), and the B line indicates the difference before and after the bottom CD cleaning process (CDΔ). Show.
これによれば、センター部及びエッジ部のいずれにおいても、1分間に削れる残留生成物Rの量は、プラズマ生成用高周波HFの電力が大きくなるほど多くなることがわかる。これは、プラズマ生成用高周波HFの電力が大きくなるほどイオンが叩き込まれる際のエネルギーが大きくなるためである。また、トップCD、マックスCD、ボトムCDにおけるCDΔのすべてにおいて、1分間に削れる残留生成物Rの量は、プラズマ生成用高周波HFの電力が大きくなるほど多くなり、削れ量の変化もほぼ同じ傾向である。 According to this, it can be seen that the amount of the residual product R that can be scraped in one minute increases in both the center portion and the edge portion as the power of the plasma generating high frequency HF increases. This is because as the power of the plasma generating high frequency HF increases, the energy when ions are struck increases. Further, in all of CDΔ in the top CD, the maximum CD, and the bottom CD, the amount of the residual product R that can be scraped in one minute increases as the power of the high frequency HF for plasma generation increases, and the change in the amount of scraping is almost the same. is there.
また、トップCD、マックスCD、ボトムCDにおけるCDΔを見ると、ボトムCDの残留生成物Rが最も削れやすいことがわかる。 Further, when the CDΔ in the top CD, the maximum CD, and the bottom CD is seen, it can be seen that the residual product R on the bottom CD is most easily scraped.
更に、プラズマ生成用高周波HFの電力を500Wに設定した場合、トップCD、マックスCD、ボトムCDにおけるCDΔのすべてが、1分間のクリーニングにより30〜60nmの範囲で残留生成物Rが削れ、シリコン層へのダメージが非常に少ないことが予測される。一方、プラズマ生成用高周波HFの電力を2000Wに設定した場合、トップCD、マックスCD、ボトムCDにおけるCDΔのすべてが、1分間のクリーニングにより60nm以上削れ、プラズマ生成用高周波HFの電力を500Wに設定した場合よりもシリコン層にダメージを与えることが予測される。したがって、本実施形態に係るクリーニング工程は、500W〜1500W(単位面積当たりの電力:0.71W/cm2〜2.12W/cm2)のプラズマ生成用の高周波を印加しながら、ウエハWをプラズマによりクリーニングすることが好ましい。なお、本実施形態で四フッ化メタンガス(CF4)とアルゴンガス(Ar)とを混合させたクリーニングガスを使用する理由は、四フッ化メタンガス(CF4)はシリコンとの反応性が低いので、シリコンへの打ち込みが少なく、シリコンへのダメージを低減しながら、エッチング表面のフッ化(F)物を減らすことができるためである。
(2次イオン質量分析)
次に、2次イオン質量分析法を用いて、エッチング表面の残留生成物の組成を確認した。2次イオン質量分析法は、イオンパルスの照射によってエッチング最表面から発生する2次イオンを、飛行時間型質量分析計で分析することにより、エッチング表面の化学構造を調べる方法である。その結果を図10に示す。
Further, when the power of the high frequency HF for plasma generation is set to 500 W, all of CDΔ in the top CD, the maximum CD, and the bottom CD are scraped in the range of 30 to 60 nm by the cleaning for 1 minute, and the silicon layer Very little damage is expected. On the other hand, when the power of the plasma generating high frequency HF is set to 2000 W, all of CDΔ in the top CD, the maximum CD, and the bottom CD are scraped by 60 nm or more by cleaning for 1 minute, and the power of the plasma generating high frequency HF is set to 500 W. It is predicted that the silicon layer will be damaged more than the case. Therefore, the cleaning process according to the present embodiment plasmas the wafer W while applying a high frequency for plasma generation of 500 W to 1500 W (power per unit area: 0.71 W / cm 2 to 2.12 W / cm 2 ). It is preferable to perform cleaning. In this embodiment, the reason why a cleaning gas in which tetrafluoromethane gas (CF 4 ) and argon gas (Ar) are mixed is used is that tetrafluoromethane gas (CF 4 ) has low reactivity with silicon. This is because the amount of fluoride (F) on the etching surface can be reduced while reducing the damage to silicon with less implantation into silicon.
(Secondary ion mass spectrometry)
Next, the composition of the residual product on the etched surface was confirmed using secondary ion mass spectrometry. The secondary ion mass spectrometry is a method for examining the chemical structure of the etching surface by analyzing secondary ions generated from the etching outermost surface by irradiation of ion pulses with a time-of-flight mass spectrometer. The result is shown in FIG.
図10の横軸は、エッチング最表面からの深さ(nm)を示し、縦軸は、各深さにおける、イオンパルスの照射によって一秒間に発生する2次イオンの個数(個数/s)を示す。図10(a)はF成分、図10(b)はSi成分、図10(c)はSiO3成分についての2次イオンの個数(個数/s)を示す。また、ここでは、クリーニングプロセスの時間を可変にする。具体的には、各グラフのAはクリーニングしない場合(クリーニング時間が0秒)、Bはクリーニング時間が20秒の場合、Cはクリーニング時間が120秒の場合を示す。 The horizontal axis of FIG. 10 indicates the depth (nm) from the outermost surface of etching, and the vertical axis indicates the number of secondary ions (number / s) generated per second by ion pulse irradiation at each depth. Show. 10A shows the F component, FIG. 10B shows the Si component, and FIG. 10C shows the number of secondary ions (number / s) for the SiO 3 component. Here, the cleaning process time is made variable. Specifically, A in each graph indicates that the cleaning is not performed (cleaning time is 0 second), B indicates that the cleaning time is 20 seconds, and C indicates that the cleaning time is 120 seconds.
図10(a)および図10(c)のAを参照すると、エッチング工程後のF成分の濃度分布はエッチング表面の側壁表面から10nm又は15nm程度の深さにSiO成分とともに存在していることがわかる。 Referring to FIG. 10A and FIG. 10C, the F component concentration distribution after the etching process is present along with the SiO component at a depth of about 10 nm or 15 nm from the sidewall surface of the etched surface. Recognize.
クリーニング工程を20秒行った場合、エッチング表面から5nmの深さでは、フッ素F濃度はクリーニングしていないAのエッチング表面(深さ0nm)の深さの約半分になる。2次イオンの発生は、概ね102個数/sのレベルで、ほぼ残留生成物がない場合のバックグラウンドと同等レベル(通常値と同レベル)になると考えられる。図10(a)のBを参照すると、クリーニング工程を20秒実行することにより、エッチング表面から10nmの深さでは、フッ素F濃度は残留生成物がない場合のバックグラウンドと同等レベル(通常レベル)になる。
When the cleaning process is performed for 20 seconds, the fluorine F concentration becomes about half of the depth of the etching surface (
本実施形態では、クリーニング工程を20秒行うことにより、エッチング表面の残留生成物を片側の側壁で10nm程度除去することができる。つまり、クリーニング工程を20秒実行した場合、クリーニングによるエッチング表面の側壁の削れ量(エッチング量)は約10nmに相当する。 In this embodiment, the remaining product on the etching surface can be removed by about 10 nm on the side wall on one side by performing the cleaning process for 20 seconds. That is, when the cleaning process is executed for 20 seconds, the amount of etching (etching amount) on the side wall of the etching surface by cleaning corresponds to about 10 nm.
更に、図10(a)のCを参照すると、クリーニング工程を120秒行うことにより、エッチング表面から2nm〜3nmの深さで、F濃度をSiFxの堆積物がない場合の通常値と同じレベルまで低減できる。クリーニング工程を120秒実行した場合、クリーニングによるエッチング表面の側壁の削れ量(エッチング量)は約80nmに相当する。 Further, referring to C in FIG. 10A, by performing the cleaning process for 120 seconds, the F concentration reaches the same level as the normal value when there is no SiFx deposit at a depth of 2 nm to 3 nm from the etching surface. Can be reduced. When the cleaning process is executed for 120 seconds, the amount of etching (etching amount) of the side wall of the etching surface by cleaning corresponds to about 80 nm.
ただし、図10(b)を参照すると、残留生成物の下層のシリコン(ウエハW)は、エッチング表面の残留生成物を片側の側壁で10nm程度除去するとクリーニング時間によらずシリコン含有率はほとんど同じになる。つまり、エッチング表面の残留生成物を片側の側壁で10nm程度除去すると、残留生成物がほとんど除去され、シリコン層が露出していると予測される。 However, referring to FIG. 10 (b), the silicon content in the lower layer of the residual product (wafer W) is almost the same regardless of the cleaning time if the residual product on the etching surface is removed by about 10 nm on one side wall. become. That is, when the residual product on the etching surface is removed by about 10 nm on one side wall, it is predicted that the residual product is almost removed and the silicon layer is exposed.
よって、クリーニング工程のプロセス時間は、エッチング工程によりシリコン層に形成されたパターンの側壁に堆積した残留生成物を片側の側壁で5nm〜10nm除去するように決定してもよい。クリーニング工程のプロセス時間は、クリーニング後に2次イオン質量分析法を用いて測定されるウエハWからの2次イオンのフッ素Fの個数に基づき設定してもよい。これにより、フッ素F成分の残留生成物が半分の濃度から、ほぼフッ素残留生成物がない状態の濃度までであって、かつ、シリコン層に過度のダメージを与えないようにすることができる。 Therefore, the process time of the cleaning process may be determined so that the remaining product deposited on the side wall of the pattern formed in the silicon layer by the etching process is removed by 5 nm to 10 nm on one side wall. The process time of the cleaning step may be set based on the number of fluorine F of secondary ions from the wafer W measured using secondary ion mass spectrometry after cleaning. Thereby, the residual product of the fluorine F component is from half the concentration to a concentration in which there is almost no fluorine residual product, and it is possible to prevent excessive damage to the silicon layer.
実際に、本実施形態に係るクリーニング工程を実行して、エッチング最表面から側壁を片側で10nm、側壁の両側で20nm削ったところ、2次イオン質量分析による発光がほぼ見られなくなった。これは、イオンパルスの照射によってエッチング最表面から発生する2次イオンがほとんどなくなることを意味する。よって、F残留量が102個数/s程度のレベルになるまでエッチング表面を削るようにクリーニングのプロセス時間を制御すれば、フッ素(F)成分により、デバイスに電気的なノイズが発生する可能性はほとんどなくなる。 Actually, when the cleaning process according to the present embodiment was performed and the side wall was shaved from the etching outermost surface by 10 nm on one side and 20 nm on both sides of the side wall, light emission by secondary ion mass spectrometry was hardly seen. This means that secondary ions generated from the etching outermost surface by the irradiation of the ion pulse are almost eliminated. Thus, by controlling the process time of the cleaning as F residual amount scraping the etched surface to a level of about 10 2 number / s, the fluorine (F) component, possibly electrical noise to the device may occur Is almost gone.
[ガス選定]
本実施形態では、クリーニング工程において、クリーニングガスとして、四フッ化メタンガス(CF4)とアルゴンガス(Ar)との混合ガスを用いた。
[Gas selection]
In this embodiment, a mixed gas of tetrafluoromethane gas (CF 4 ) and argon gas (Ar) is used as the cleaning gas in the cleaning process.
ここで、アルゴンガス(Ar)の単一ガスの場合、臭化水素ガス(HBr)の単一ガスの場合、四フッ化メタンガス(CF4)とアルゴンガス(Ar)との混合ガスの3パターンのガス種をそれぞれクリーニングガスとして選定する。そして、本実施形態に係るエッチング工程後のクリーニング工程を実行し、ガス選定の最適化を図る。 Here, in the case of a single gas of argon gas (Ar), in the case of a single gas of hydrogen bromide gas (HBr), three patterns of mixed gas of tetrafluoromethane gas (CF 4 ) and argon gas (Ar) Are selected as cleaning gases. And the cleaning process after the etching process which concerns on this embodiment is performed, and optimization of gas selection is aimed at.
図11は、本実施形態に係るクリーニング工程において上記3パターンのクリーニングガスを使用したときの、クリーニング工程前後の素子分離領域の状態を示した図である。図11(a)はエッチング工程後、図11(b)〜図11(d)はクリーニング工程後の素子分離領域の状態を示している。このときのプロセス条件を以下に示す。
<プロセス条件>
プラズマ生成用高周波HFの周波数:100MHz
プラズマ生成用高周波HFの電力 :2000W(単位面積当たりの電力2.83W/cm2)
バイアス用低高周波LF :印加しない
ガス種及びガス流量比 :3パターン(Arの単一ガス、HBrの単一ガス、CF4/Arの混合ガス)
クリーニングプロセス時間 :Arの単一ガスの場合、5分
:HBrの単一ガスの場合、1分
:CF4/Arの混合ガスの場合、1分
図12は、図11のクリーニング工程前後において、ウエハWのセンター部及びエッジ部における素子分離領域のCD値を示した図である。図13は、図11のクリーニング工程前後における、クリーニングガス毎のCD値の差分(CDΔ)を示したグラフである。
FIG. 11 is a diagram showing the state of the element isolation region before and after the cleaning process when the three patterns of cleaning gas are used in the cleaning process according to the present embodiment. FIG. 11A shows the state of the element isolation region after the etching step, and FIGS. 11B to 11D show the state of the element isolation region after the cleaning step. The process conditions at this time are shown below.
<Process conditions>
Frequency of high frequency HF for plasma generation: 100 MHz
Power of high frequency HF for plasma generation: 2000 W (power per unit area 2.83 W / cm 2 )
Low-frequency LF for bias: Gas type not applied and gas flow ratio: 3 patterns (Ar single gas, HBr single gas, CF 4 / Ar mixed gas)
Cleaning process time: 5 minutes for Ar single gas
: 1 minute for single gas of HBr
In the case of a mixed gas of CF 4 / Ar, 1 minute. FIG. 12 is a diagram showing the CD value of the element isolation region in the center portion and the edge portion of the wafer W before and after the cleaning step of FIG. FIG. 13 is a graph showing the CD value difference (CDΔ) for each cleaning gas before and after the cleaning step of FIG.
実験の結果、図11(b)に示したArの単一ガスの場合、及び図11(c)に示したHBrの単一ガスの場合のクリーニング工程後のCD値より、図11(d)に示したHCF4/Arの混合ガスの場合のクリーニング工程後のCD値が大きくなることが視覚的に確認できる。 As a result of the experiment, from the CD value after the cleaning process in the case of the single gas of Ar shown in FIG. 11B and the case of the single gas of HBr shown in FIG. It can be visually confirmed that the CD value after the cleaning process in the case of the gas mixture of HCF 4 / Ar shown in FIG.
図13は、図12で示したセンター部におけるトップCD、マックスCD、ボトムCDのクリーニング前後のCDの差分(CDΔ)をグラフにしたものである。図13の横軸は上記3パターンのクリーニングガスであり、縦軸は各クリーニングガスの場合に得られたクリーニング工程前後のトップCD、マックスCD、ボトムCDにおけるCDΔ(nm)である。 FIG. 13 is a graph showing the CD difference (CDΔ) before and after cleaning the top CD, the maximum CD, and the bottom CD in the center portion shown in FIG. In FIG. 13, the horizontal axis represents the above three patterns of cleaning gas, and the vertical axis represents CD Δ (nm) in the top CD, the maximum CD, and the bottom CD obtained before and after the cleaning process in the case of each cleaning gas.
図13を考察すると、アルゴンガス(Ar)の単一ガスの場合、主にスパッタによるエッチングが行われる。このため、エッチングが指向的であり、エッチング面の側壁へのエッチング効果が小さい。また、マスク材の肩部の削れ(肩落ち)が発生し、素子分離領域の上部(トップCD)へのエッチングが困難である。 Considering FIG. 13, in the case of a single gas of argon gas (Ar), etching by sputtering is mainly performed. For this reason, etching is directional, and the etching effect on the sidewall of the etched surface is small. Further, the shoulder of the mask material is shaved (shoulder fall), and it is difficult to etch the upper part (top CD) of the element isolation region.
これに対して、臭化水素ガス(HBr)の単一ガスの場合及び四フッ化メタンガス(CF4)とアルゴンガス(Ar)との混合ガスの場合には、クリーニング工程前後のトップCD、マックスCD、ボトムCDにおけるCDΔ(nm)がほぼ近似する値になっており等方的に側壁を削る効果が見られた。特に、四フッ化メタンガス(CF4)とアルゴンガス(Ar)との混合ガスの場合には、臭化水素ガス(HBr)の単一ガスの場合より4倍エッチングレートが高いことがわかった。 On the other hand, in the case of a single gas of hydrogen bromide gas (HBr) or a mixed gas of tetrafluoromethane gas (CF 4 ) and argon gas (Ar), the top CD and max before and after the cleaning step CDΔ (nm) in CD and bottom CD is a value that is approximately approximate, and an effect of isotropically shaving the side wall is seen. In particular, in the case of a mixed gas of tetrafluoromethane gas (CF 4 ) and argon gas (Ar), it was found that the etching rate was four times higher than that in the case of a single gas of hydrogen bromide gas (HBr).
これは、四フッ化メタンガス(CF4)は、臭化水素ガス(HBr)より側壁の残留生成物SiO3及びウエハWのシリコンSiとの反応が大きいことが考えられる。ただし、四フッ化メタンガス(CF4)は、六フッ化硫黄ガス(SF6)に比べるとシリコンSiとの反応が小さい。よって、ウエハWへのフッ素Fの叩き込みが少なく、かつ、臭化水素ガス(HBr)より4倍エッチングレートが高い(つまり、クリーニング効果が高い)四フッ化メタンガス(CF4)をクリーニングガスとして使用することが好ましいことがわかった。 This is probably because the reaction of the tetrafluoromethane gas (CF 4 ) with the residual product SiO 3 on the side wall and the silicon Si of the wafer W is larger than that of the hydrogen bromide gas (HBr). However, the reaction of tetrafluoromethane gas (CF 4 ) with silicon Si is smaller than that of sulfur hexafluoride gas (SF 6 ). Therefore, tetrafluoromethane gas (CF 4 ) is used as the cleaning gas with less fluorine F hitting the wafer W and four times higher etching rate than hydrogen bromide gas (HBr) (that is, a higher cleaning effect). It turned out to be preferable.
また、本実施形態では、クリーニング工程におけるプラズマによるシリコン層への打ち込みを抑制するために、クリーニング工程前に実行される、シリコン層を高速エッチングするエッチング工程より低い高周波HFでクリーニングを実行するとよい。 Further, in the present embodiment, in order to suppress the implantation of the plasma into the silicon layer by the plasma in the cleaning process, it is preferable to perform the cleaning with a high frequency HF lower than the etching process that is performed before the cleaning process and that etches the silicon layer at a high speed.
以上、本実施形態に係るパターン形成方法について説明した。かかるパターン形成方法によれば、ウエハWを上下反転させてサポート基板と貼り合わせた構造のウエハWについて、シリコン層をエッチングするエッチング工程後、CF系ガスと不活性ガスとを混合させたクリーニングガスを用いてクリーニングするクリーニング工程を実行する。これにより、素子にダメージを与えずにエッチング工程により生成されたフッ素(F)成分を含む残留生成物を除去することができる。これにより、CMOSイメージセンサの撮像素子の電気特性の低下を防止できる。 The pattern forming method according to this embodiment has been described above. According to this pattern forming method, a cleaning gas in which a CF gas and an inert gas are mixed after an etching process for etching a silicon layer is performed on a wafer W having a structure in which the wafer W is turned upside down and bonded to a support substrate. A cleaning process for cleaning using is performed. Thereby, the residual product containing the fluorine (F) component generated by the etching process can be removed without damaging the device. Thereby, it is possible to prevent the electrical characteristics of the image sensor of the CMOS image sensor from deteriorating.
以上、添付図面を参照しながら本発明に係るパターン形成方法の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明に係るパターン形成方法の技術的範囲はかかる例に限定されない。本発明に係るパターン形成方法の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明に係るパターン形成方法の技術的範囲に属する。 The preferred embodiments of the pattern forming method according to the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the technical scope of the pattern forming method according to the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field of the pattern forming method according to the present invention can conceive various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. These naturally belong to the technical scope of the pattern forming method according to the present invention.
例えば、本発明の被処理基板は、円板状のウエハであってもよいし、矩形状の基板であってもよい。ウエハのサイズは、300mmであっても、450mmであっても、それ以上であってもよい。 For example, the substrate to be processed of the present invention may be a disk-shaped wafer or a rectangular substrate. The size of the wafer may be 300 mm, 450 mm, or larger.
1:プラズマエッチング装置、50:単位画素、51:絶縁膜、52:配線層、53:配線構造、54:ビアホール、55:カラーフィルタ、56:オンチップレンズ、57:素子分離領域、58:層間絶縁膜、59:p型半導体層、60:n型電荷蓄積領域、W:ウエハ、Wa:ウエハの表面、Wb:ウエハの裏面、SW:サポートウエハ、M:マスク、G:接着剤 1: plasma etching apparatus, 50: unit pixel, 51: insulating film, 52: wiring layer, 53: wiring structure, 54: via hole, 55: color filter, 56: on-chip lens, 57: element isolation region, 58: interlayer Insulating film, 59: p-type semiconductor layer, 60: n-type charge storage region, W: wafer, Wa: front surface of wafer, Wb: back surface of wafer, SW: support wafer, M: mask, G: adhesive
Claims (8)
前記被処理基板のシリコン層の裏面側に所定のパターンに形成されたマスクを介して、前記被処理基板をプラズマによりエッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程後、CF系ガスと不活性ガスとを混合させたクリーニングガスを用いて、前記被処理基板をプラズマによりクリーニングするクリーニング工程と、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。 A pattern forming method in which a semiconductor device is formed on a front surface side, and a pattern is formed on a silicon layer of a substrate to be processed supported on the front surface side by a support substrate,
An etching step of etching the substrate to be processed by plasma through a mask formed in a predetermined pattern on the back side of the silicon layer of the substrate to be processed;
After the etching step, a cleaning step of cleaning the substrate to be processed with plasma using a cleaning gas in which a CF-based gas and an inert gas are mixed;
A pattern forming method comprising:
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